[发明专利]一种空间单层网壳节点定位设计方法

说明书

本发明涉及一种空间单层网壳节点定位设计方法，包括：获取杆件数量；确定顺杆件方向的向量；确定各相邻两杆件之间夹面的法向量；确定节点的定位法向量；基于节点的定位法向量，完成节点的定位放样。与现有技术相比，本发明通过确定与节点相连杆件的方位向量，并找出相邻杆件围成的各个平面的法向量，再通过求矢量和的方式得到节点定位的法向量。由此解决空间网壳节点在实际生产中的放样定位问题，所设计定位的节点与周围的每一根杆件连接所产生的钢板的弯扭最平均，且产生的总弯扭最小，保证了节点效果和制作的可行性，能够为空间网壳结构或类似情况下节点的定位提供数学依据，并以此实现批量化和自动化。

技术领域

本发明涉及建筑结构设计技术领域，尤其是涉及一种空间单层网壳节点定位设计方法。

背景技术

空间网壳作为一种集功能和效果于一体的建筑结构，如今已大范围应用在各类项目中。不同于传统的建筑结构，空间网壳结构有着灵活多变的特点，该结构多由杆件和汇交节点组合而成，杆件之间相互连接成单个三角形基本组合构件，再由三角形单元组成围绕成空间的曲面。因此，空间网壳在形成近似曲面造型的同时能最小化结构所需的构件体积，提供足够的刚度。

目前，在空间结构领域中，已经有计算机软件能够模拟计算网壳中各节点和杆件的内力情况。这些计算软件大多利用有限元方法，将钢构件模拟成杆件汇交与一点，以此模拟钢构件与汇交节点的受力关系。尽管可以实现对内力的计算，但无法为节点的深化放样提供参考。

而空间网壳的节点制作是网壳结构施工加工的重难点部分，主要在于：(1)节点本身的放样：根据效果情况，节点本身会有不同的形态，其本身的容差和体积不尽相同，如节点形态需要，钢构件之间的容差允许范围会非常小，并且涉及钢板的弯扭放样，制造难度大且精度要求高；(2)节点数量多，无重复节点：空间网壳结构中节点的数量根据规模通常数量巨大，根据网壳本身形态的设计，节点虽然类似但往往各不相同，节点本身朝向的角度、与构件之间的弯扭都决定最后的放样形态，这种差异只能通过人工调整，费时费力、精度也无法达到要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空间单层网壳节点定位设计方法，能够高效、准确地进行节点放样设计。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种空间单层网壳节点定位设计方法，包括以下步骤：

S1、获取杆件数量；

S2、确定顺杆件方向的向量；

S3、根据步骤S2得到的数据结果，确定各相邻两杆件之间夹面的法向量；

S4、根据步骤S3得到的数据结果，确定节点的定位法向量；

S5、基于节点的定位法向量，完成节点的定位放样。

进一步地，所述步骤S1具体是获取与节点相连接的杆件数量。

进一步地，所述步骤S2具体是确定顺各杆件方向的单位向量。

进一步地，所述步骤S2中顺各杆件方向的单位向量具体为：其中，n为与节点相连的杆件数量。

进一步地，所述步骤S3具体是将相邻两杆件各自的顺杆件方向的单位向量叉乘，即得到相邻两杆件之间夹面的法向量。

进一步地，所述步骤S3中各相邻两杆件之间夹面的法向量具体为：其中，

进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41、将步骤S3得到的数据结果转化为单位向量；

S42、根据步骤S41得到的数据结果，计算出节点的定位法向向量。

进一步地，所述步骤S41中转化得到的单位向量具体为：其中，